CN107017767A - 一种太阳能电池阵列开路过压保护的方法及装置、逆变器 - Google Patents

一种太阳能电池阵列开路过压保护的方法及装置、逆变器 Download PDF

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Abstract

一种太阳能电池阵列开路过压保护的方法及装置、逆变器，该方法包括逆变器检测PV电池板的开路电压、升压电路的电感电流和母线电容的电压，在PV电池板的开路电压上升到第一电压阈值时，控制升压电路的电感电流位于第一电流阈值和第二电流阈值之间，以使PV电池板的开路电压降低，在PV电池板的开路电压降至为第二电压阈值时，控制PV电池板短路，并通过与母线电容连接的负载降低所述母线电容的电压，在母线电容的电压低于第三电压阈值时启动。逆变器通过控制升压电路的电感电流位于第一电流阈值和第二电流阈值之间，可以使得PV电池板的开路电压降低，从而实现了PV电池板的开路电压过高时，保护逆变器不被损坏的启动。

Description

一种太阳能电池阵列开路过压保护的方法及装置、逆变器
技术领域
本发明涉及太阳能发电技术领域，特别涉及一种太阳能电池阵列开路过压保护的方法及装置、逆变器。
背景技术
太阳能(英文：photo-voltaic，PV)电池板是把太阳的光能转化为电能，由于具有不受资源分布地域的限制，可在用电处就近发电、获取能源花费的时间短和能源质量高等优点而广泛应用。
逆变器，又称太阳能逆变器，是采用PV电池板供电的逆变器，其主要功能是将PV电池板发出的直流电逆变成交流电，并馈入电网。PV电池板通过给母线(BUS)电容充电的形式给逆变器供电，而母线(BUS)电容两端的电压即为BUS电压，也就是说，BUS电压可用于为逆变器中的辅助源电路和逆变电路等供电，其中，辅助源电路可为逆变器内的各部件提供辅助供电，例如逆变电路。在PV电池板接入逆变器的瞬间，逆变器的辅助源电路尚未启动，此时，PV电池板以近似恒流源的形式给BUS电容充电，当BUS电压达到辅助源电路的启动电压时，辅助源电路启动，在这个过程中PV电池板持续给BUS电容充电，直到BUS电压升高到PV电池板的开路电压为止。
然而，逆变器内部包括低压器件，比如升压电路中的金属氧化物半导体(metaloxide semiconductor，MOS)晶体管，在PV电池板开路电压高情况下，如果没有其他措施和手段，此时连接到BUS母线电压也比较高，如果逆变器启动并入电网，会存在MOS晶体管应力超标的情况。故需要增加一些措施和手段，使得能够在PV电池板开路电压过高时，保证在MOS晶体管应力不超标的情况下启动逆变器。
发明内容
本发明实施例提供一种太阳能电池阵列开路过压保护的方法及装置、逆变器，用以实现太阳能电池阵列开路过压时，保护逆变器不被损坏的成功启动。
第一方面，提供一种太阳能电池阵列开路电压保护的方法，包括逆变器检测PV电池板的开路电压、升压电路的电感电流和母线电容的电压；在所述PV电池板的开路电压上升到第一电压阈值时，控制升压电路的电感电流位于第一电流阈值和第二电流阈值之间，以使所述PV电池板的开路电压降低，所述第一电流阈值大于所述第二电流阈值，所述第二电流阈值大于所述PV电池板的短路电流；在所述PV电池板的开路电压降至为第二电压阈值时，控制所述PV电池板短路，并通过与母线电容连接的负载降低所述母线电容的电压；所述逆变器在所述母线电容的电压低于第三电压阈值时启动。
逆变器通过控制升压电路的电感电流位于第一电流阈值和第二电流阈值之间，可以使得PV电池板的开路电压降低，从而实现了PV电池板的开路电压过高时，保护逆变器不被损坏的启动。
结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述逆变器通过在持续预设个开关周期内，控制所述升压电路的金属氧化物半导体MOS晶体管在所述电感电流位于第一电流阈值时关闭，在所述电感电流位于第二电流阈值时打开，实现控制升压电路中的电感电流位于第一电流阈值和第二电流阈值之间，进而使得PV电池板的开路电压降低。
结合第一方面，在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述逆变器向所述升压电路的MOS晶体管发送预设的脉冲宽度调制波，控制所述MOS晶体管的打开和关闭，从而实现控制所述升压电路中的电感电流位于第一电流阈值和第二电流阈值之间，进而使得PV电池板的开路电压降低。
结合第一方面或第一方面的第一种可能的实现方式至第二种可能的实现方式中的任意一种可能的实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，在所述逆变器在所述母线电容的电压低于第三电压阈值时启动之后，所述逆变器可以停止对所述PV电池板的短路控制。
第二方面，提供一种太阳能电池阵列开路过压保护的装置，包括：
检测单元，用于检测PV电池板的开路电压、升压电路的电感电流和母线电容的电压；
处理单元，用于在所述PV电池板的开路电压上升到第一电压阈值时，控制升压电路的电感电流位于第一电流阈值和第二电流阈值之间，以使所述PV电池板的开路电压降低，所述第一电流阈值大于所述第二电流阈值，所述第二电流阈值大于所述PV电池板的短路电流；以及在所述PV电池板的开路电压降至为第二电压阈值时，控制所述PV电池板短路，并通过与母线电容连接的负载降低所述母线电容的电压；并在所述母线电容的电压低于第三电压阈值时启动。
结合第二方面，在第二方面的第一种可能的实现方式中，所述处理单元在控制升压电路中的电感电流位于第一电流阈值和第二电流阈值之间时，具体用于：在持续预设个开关周期内，控制所述升压电路的金属氧化物半导体MOS晶体管在所述电感电流位于第一电流阈值时关闭，在所述电感电流位于第二电流阈值时打开。
结合第二方面，在第二方面的第二种可能的实现方式中，所述处理单元在控制升压电路中的电感电流位于第一电流阈值和第二电流阈值之间时，具体用于：向所述升压电路的MOS晶体管发送预设的脉冲宽度调制波，控制所述MOS晶体管的打开和关闭，使得所述升压电路中的电感电流位于第一电流阈值和第二电流阈值之间。
结合第二方面或第二方面的第一种可能的实现方式至第二种可能的实现方式中的任意一种可能的实现方式，在第二方面的第三种可能的实现方式中，所述处理单元还用于：在所述母线电容的电压低于第三电压阈值时启动之后，停止对所述PV电池板的短路控制。
第三方面，提供一种逆变器，包括：检测电路和处理器；所述检测电路和所述处理器用于执行第一方面或其任意实现方式的方法。
第四方面，提供一种计算机存储介质，用于存储用于第三方面提供的处理器执行的计算机程序指令，以用于执行第一方面以及第一方面可能的实现方式提供的方法。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种系统架构的示意图；
图2为本发明实施例提供的一种逆变器的升压电路的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种太阳能电池阵列开路过压保护的方法的流程示意图；
图4为本发明实施例提供的一种电流电压变化的示意图；
图5为本发明实施例提供的一种太阳能电池阵列开路过压保护的装置的结构示意图。
具体实施方式
图1示例性的示出了本发明实施例适用的一种系统架构，基于该系统架构可以实现对太阳能电池阵列开路过压保护的控制，本发明实施例提供的太阳能电池阵列开路过压保护的系统架构中包括PV电池板100、逆变器200和电网300。PV电池板100产生的直流电经过逆变器200的逆变后并入电网300，该PV电池板100可以为该逆变器200中的母线(BUS)电容充电来为逆变器200供电，其中，母线电容两端的电压也可以称为母线电压。
如图1所示，该逆变器200主要包括处理器201和检测电路202，其中，该逆变器200至少可包括升压电路203、逆变电路204、防护电路205、瞬间启动电路206和辅助源电路207。其中，本发明实施例提供的太阳能电池阵列开路过压保护的流程的各步骤可以通过处理器201中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成，并控制逆变器200的各电路的运行。该处理器201可以是通用处理器、数字信号处理器、专用集成电路、现场可编程门阵列或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件，可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者任何常规的处理器等。
在图1中，检测电路202用于检测逆变器200的母线(BUS)电容的电压、PV电池板100的开路电压、以及升压电路203的电感电流等数据，并传输至处理器201。升压电路203连接PV电池板100和逆变电路204，用于启动逆变器200。逆变电路204用于将PV电池板100输入的直流电逆变为交流电。防护电路205可用于当逆变器200异常时保护逆变器。瞬间启动电路206用于快速启动辅助源电路207，而辅助源电路207可以为检测电路202、升压电路203、逆变电路204、防护电路205提供辅助供电。
为了保护逆变器200在启动将PV电池板100的直流电逆变为交流电并入电网300时不受损坏，需要为该逆变器200提供PV电池板开路过压保护。其具体主要涉及如图2所示的升压电路。
如图2所示，该升压电路包括输入电容CPV、电感L、MOS晶体管Q1、二极管D、母线电容Cbus和负载R。
需要说明的是，图1和图2中所示的结构仅是一种示例，本发明实施例对此不做限定。
以下，为了便于理解和记忆，结合图1和图2中逆变器200的具体结构，本发明实施例以PV电池阵列开路过压保护为例，通过逆变器200来实现PV电池阵列开路过压保护的流程的控制。
图3示例性的示出了本发明实施例提供的一种PV电池阵列开路过压保护的流程，该流程可以有逆变器执行。
结合如1至图3所示，该流程的具体步骤包括：
步骤301，逆变器检测PV电池板的开路电压、升压电路的电感电流和母线电容的电压。
逆变器200中的检测电路202可以检测到PV电池板100的开路电压、升压电路203的电感电流和母线电容Cbus的电压，该PV电池板100的开路电压、升压电路203的电感电流和母线电容Cbus的电压为检测电路202实时检测的，检测电路202检测到PV电池板100的开路电压、升压电路203的电感电流和母线电容Cbus的电压之后，发送给处理器201，以使处理器201基于该PV电池板100的开路电压、升压电路203的电感电流和母线电容Cbus的电压进行相应的控制。其中，该PV电池板100的开路电压为升压电路203中输入电容CPV的两端的电压，在本发明实施例中，输入电容CPV的容值和母线电容Cbus的容值严重不对称，其中，母线电容Cbus的容值远大于输入电容CPV的容值。
步骤302，所述逆变器在所述PV电池板的开路电压上升到第一电压阈值时，控制升压电路的电感电流位于第一电流阈值和第二电流阈值之间，以使所述PV电池板的开路电压降低。
逆变器200的处理器201在通过检测电路202检测PV电池板100的开路电压，在检测到该PV电池板100的开路电压上升至第一电压阈值时，处理器201可以控制升压电路203的电感电流位于第一电流阈值和第二电流阈值之间，从而可以使得该PV电池板100的开路电压降低。该第一电压阈值可以为一个比较高的电压值，具体实施时依据经验进行设置，比如可以设该开路电压为800V或者是升压电路203的电感的最大可承受电流。而第一电流阈值和第二电流阈值也可以依据经验进行设置，该第一电流阈值大于第二电流阈值，第二电流阈值大于该PV电池板100的短路电流。比如，该PV电池板100的短路电流为10A时，该第二电流阈值可以设置为15A，而第一电流阈值可以为30A。
处理器201在控制升压电路203的电感电流位于第一电流阈值和第二电流阈值之间，具体的可以为：
处理器201在持续预设个开关周期内，控制升压电路203的MOS晶体管Q1在该电感电流位于第一阈值时关闭，在电感电流位于第二电流阈值时打开。通过控制MOS晶体管Q1多次打开关闭，可以使得输入电容CPV的电压持续下降，也就是PV电池板100的开路电压持续下降。
举例来说，如图4所示，在PV电池板100的开路电压上升至200V时，处理器201可以控制瞬间启动电路206快速启动辅助源电路207。然后，在PV电池板100的开路电压上升到600V时，处理器201控制MOS晶体管Q1在电感电流位于30A时关闭，在电感电流位于15A时打开。由于电感电流在MOS晶体管Q1的开关周期内均大于PV电池板100的短路电流10A，使得PV电池板100的开路电压持续下降，直到PV电池板100的开路电压下降到PV电池板100的电流无法触发到30A为止。
可选地，处理器201在控制升压电路203的电感电流位于第一电流阈值和第二电流阈值之间还可以为：
处理器201向升压电路203中的MOS晶体管Q1发出预设的脉冲宽度调制波，控制MOS晶体管Q1周期性的关闭和打开，从而使得电感电流位于第一电流阈值和第二电流阈值之间，保证电感电流在开关周期内均大于电池板短路电流，此时PV电池板100的开路电压可以持续下降，由于母线电容Cbus的容值很大，母线电容Cbus电压上升会很慢，故可以持续发10-20个开关周期，直到PV电池板100的开路电压下降到0。该预设的脉冲宽度调制波是依据经验设定的。
步骤303，所述逆变器在所述PV电池板的开路电压降至为第二电压阈值时，控制所述PV电池板短路，并通过与母线电容连接的负载降低所述母线电容的电压。
逆变器200的处理器201在PV电池板100的开路电压降至为第二电压阈值时，控制PV电池板100短路，该第二电压阈值可以依据经验进行设置，比如如图4所示，可以将该第二电压阈值设为0或者接近于0的电压值。处理器201控制PV电池板100短路在本发明实施例中主要体现于控制升压电路203的MOS晶体管Q1长通，也就是说，控制MOS晶体管Q1处于长期打开的状态，由于PV电池板100被短路，无法为母线电容Cbus供电，母线电容Cbus连接有负载，母线电容Cbus通过该负载进行放电，从而降低了母线电容Cbus的电压。该负载R可以位于逆变器200的辅助源电路207中。
步骤304，所述逆变器在所述母线电容的电压低于第三电压阈值时启动。
处理器201在控制PV电池板100短路，使得的母线电容Cbus的电压缓慢消耗，在该母线电容Cbus的电压下降低于第三电压阈值时，逆变器200可以安全启动。在启动之后，处理器201还需要控制MOS晶体管Q1关闭，停止对PV电池板100短路，使得PV电池板100发出的直流电经过逆变器逆变后并入电网300。
需要说明的是，控制升压电路203的电感电流位于第一电流阈值和第二电流阈值之间的方式并不限于上述实施例中的方式，本发明实施例仅是示例作用，方式不局限于采用硬件电路，如逐波限流、硬件过流窗口比较器等，也可以采用软件的方式来实现，如通过电流环控制等，这些方式都在本发明实施例的保护范围内。
在本发明实施例中，逆变器检测太阳能PV电池板的开路电压、升压电路的电感电流和母线电容的电压，在所述PV电池板的开路电压上升到第一电压阈值时，控制升压电路的电感电流位于第一电流阈值和第二电流阈值之间，以使所述PV电池板的开路电压降低，所述第一电流阈值大于所述第二电流阈值，所述第二电流阈值大于所述PV电池板的短路电流，在所述PV电池板的开路电压降至为第二电压阈值时，控制所述PV电池板短路，并通过与母线电容连接的负载降低所述母线电容的电压，在所述母线电容的电压低于第三电压阈值时启动。逆变器通过控制升压电路的电感电流位于第一电流阈值和第二电流阈值之间，可以使得PV电池板的开路电压降低，从而实现了PV电池板的开路电压过高时，保护逆变器不被损坏的启动。
以上是结合图1至图4详细描述了本发明实施例提供的太阳能电池阵列开路过压保护的方法的流程，下面结合图5描述本发明实施例提供的一种太阳能电池阵列开路过压保护的方法的装置，上述方法实施例所描述的技术同样适用于以下装置实施例。
图5示出了本发明实施例提供的一种太阳能电池阵列开路过压保护的方法的装置500，该装置500可以执行上述方法实施例中逆变器200所执行的步骤。
如图5所示，该装置500具体包括：检测单元501和处理单元502，以及
所述检测单元501，用于检测PV电池板的开路电压、升压电路的电感电流和母线电容的电压；
所述处理单元502，用于在所述PV电池板的开路电压上升到第一电压阈值时，控制升压电路的电感电流位于第一电流阈值和第二电流阈值之间，以使所述PV电池板的开路电压降低，所述第一电流阈值大于所述第二电流阈值，所述第二电流阈值大于所述PV电池板的短路电流；以及在所述PV电池板的开路电压降至为第二电压阈值时，控制所述PV电池板短路，并通过与母线电容连接的负载降低所述母线电容的电压；并在所述母线电容的电压低于第三电压阈值时启动。
可选地，所述处理单元502在控制升压电路中的电感电流位于第一电流阈值和第二电流阈值之间时，具体用于：
在持续预设个开关周期内，控制所述升压电路的金属氧化物半导体MOS晶体管在所述电感电流位于第一电流阈值时关闭，在所述电感电流位于第二电流阈值时打开，并持续预设个开关周期。
可选地，所述处理单元502在控制升压电路中的电感电流位于第一电流阈值和第二电流阈值之间时，具体用于：
向所述升压电路的MOS晶体管发送预设的脉冲宽度调制波，控制所述MOS晶体管的打开和关闭，使得所述升压电路中的电感电流位于第一电流阈值和第二电流阈值之间。
可选地，所述处理单元502还用于：
在所述母线电容的电压低于第三电压阈值时启动之后，停止对所述PV电池板的短路控制。
上述实施例可以全部或部分地通过软件、硬件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。
所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、双绞线或光纤)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存储的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如光盘)、或者半导体介质(例如固态硬盘)等。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (12)

1.一种太阳能电池阵列开路过压保护的方法，其特征在于，该方法包括：
逆变器检测太阳能PV电池板的开路电压、升压电路的电感电流和母线电容的电压；
所述逆变器在所述PV电池板的开路电压上升到第一电压阈值时，控制升压电路的电感电流位于第一电流阈值和第二电流阈值之间，以使所述PV电池板的开路电压降低，所述第一电流阈值大于所述第二电流阈值，所述第二电流阈值大于所述PV电池板的短路电流；
所述逆变器在所述PV电池板的开路电压降至为第二电压阈值时，控制所述PV电池板短路，并通过与母线电容连接的负载降低所述母线电容的电压；
所述逆变器在所述母线电容的电压低于第三电压阈值时启动。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述逆变器控制升压电路中的电感电流位于第一电流阈值和第二电流阈值之间，包括：
所述逆变器在持续预设个开关周期内，控制所述升压电路的金属氧化物半导体MOS晶体管在所述电感电流位于第一电流阈值时关闭，在所述电感电流位于第二电流阈值时打开。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述逆变器控制升压电路中的电感电流位于第一电流阈值和第二电流阈值之间，包括：
所述逆变器向所述升压电路的MOS晶体管发送预设的脉冲宽度调制波，控制所述MOS晶体管的打开和关闭，使得所述升压电路中的电感电流位于第一电流阈值和第二电流阈值之间。
4.如权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，在所述逆变器在所述母线电容的电压低于第三电压阈值时启动之后，还包括：
所述逆变器停止对所述PV电池板的短路控制。
5.一种太阳能电池阵列开路过压保护的装置，其特征在于，包括：
检测单元，用于检测太阳能PV电池板的开路电压、升压电路的电感电流和母线电容的电压；
处理单元，用于在所述PV电池板的开路电压上升到第一电压阈值时，控制升压电路的电感电流位于第一电流阈值和第二电流阈值之间，以使所述PV电池板的开路电压降低，所述第一电流阈值大于所述第二电流阈值，所述第二电流阈值大于所述PV电池板的短路电流；以及在所述PV电池板的开路电压降至为第二电压阈值时，控制所述PV电池板短路，并通过与母线电容连接的负载降低所述母线电容的电压；并在所述母线电容的电压低于第三电压阈值时启动。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述处理单元在控制升压电路中的电感电流位于第一电流阈值和第二电流阈值之间时，具体用于：
在持续预设个开关周期内，控制所述升压电路的金属氧化物半导体MOS晶体管在所述电感电流位于第一电流阈值时关闭，在所述电感电流位于第二电流阈值时打开。
7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述处理单元在控制升压电路中的电感电流位于第一电流阈值和第二电流阈值之间时，具体用于：
向所述升压电路的MOS晶体管发送预设的脉冲宽度调制波，控制所述MOS晶体管的打开和关闭，使得所述升压电路中的电感电流位于第一电流阈值和第二电流阈值之间。
8.如权利要求5至7任一项所述的装置，其特征在于，所述处理单元还用于：
在所述母线电容的电压低于第三电压阈值时启动之后，停止对所述PV电池板的短路控制。
9.一种逆变器，其特征在于，包括：
检测电路，用于检测太阳能PV电池板的开路电压、升压电路的电感电流和母线电容的电压；
处理器，用于在所述PV电池板的开路电压上升到第一电压阈值时，控制升压电路的电感电流位于第一电流阈值和第二电流阈值之间，以使所述PV电池板的开路电压降低，所述第一电流阈值大于所述第二电流阈值，所述第二电流阈值大于所述PV电池板的短路电流；以及在所述PV电池板的开路电压降至为第二电压阈值时，控制所述PV电池板短路，并通过与母线电容连接的负载降低所述母线电容的电压；并在所述母线电容的电压低于第三电压阈值时启动。
10.如权利要求9所述的逆变器，其特征在于，所述处理器在控制升压电路中的电感电流位于第一电流阈值和第二电流阈值之间时，具体用于：
在持续预设个开关周期内，控制所述升压电路的金属氧化物半导体MOS晶体管在所述电感电流位于第一电流阈值时关闭，在所述电感电流位于第二电流阈值时打开，并持续预设个开关周期。
11.如权利要求9所述的逆变器，其特征在于，所述处理器在控制升压电路中的电感电流位于第一电流阈值和第二电流阈值之间时，具体用于：
向所述升压电路的MOS晶体管发送预设的脉冲宽度调制波，控制所述MOS晶体管的打开和关闭，使得升压电路中的电感电流位于第一电流阈值和第二电流阈值之间。
12.如权利要求9至11任一项所述的逆变器，其特征在于，所述处理器还用于：
在所述母线电容的电压低于第三电压阈值时启动之后，停止对所述PV电池板的短路控制。
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